反応性は化学で何を意味しますか?
クラウス・ヴェドフェルト/ゲッティイメージズ
化学では、反応性は、物質がどの程度反応しやすいかの尺度です。 化学反応 .この反応は、一般にエネルギーの放出を伴う、それ自体の物質または他の原子または化合物との物質を含むことができます。最も反応性の高い元素や化合物は、自然発火または爆発的に発火する可能性があります。それらは通常、空気中の酸素だけでなく水中でも燃焼します。反応性はに依存しています 温度 .温度が上昇すると、化学反応に利用できるエネルギーが増加し、通常は化学反応の可能性が高くなります。
反応性の別の定義は、それが化学反応とその科学的研究であるということです。 動力学 .
周期表における反応性トレンド
上の要素の構成 周期表 反応性に関する予測を可能にします。非常に陽性であり、非常に 電気陰性元素 反応する傾向が強い。これらの元素は、周期表の右上隅と左下隅、および特定の元素グループにあります。の ハロゲン 、アルカリ金属、アルカリ土類金属は反応性が高い。
- 最も反応性の高い要素は フッ素 、ハロゲン グループの最初の要素。
- 最も反応性の高い金属は フランシウム 、最後のアルカリ金属 (および 最も高価な要素 ）。ただし、フランシウムは不安定な放射性元素であり、微量しか検出されません。の 最も反応性の高い金属 安定同位体を持つのはセシウムで、周期表でフランシウムのすぐ上にあります。
- 最も反応性の低い要素は、 希ガス .このグループの中で、ヘリウムは最も反応性の低い元素であり、安定した化合物を形成しません。
- 金属は複数の酸化状態を持つことができ、中間の反応性を持つ傾向があります。反応性の低い金属は呼ばれます 貴金属 .最も反応性の低い金属はプラチナで、次に金が続きます。反応性が低いため、これらの金属は強酸に容易に溶解しません。 ロイヤルウォーター 硝酸と塩酸の混合液で、白金と金を溶かします。
反応性のしくみ
物質は、化学反応から生成された生成物が反応物よりもエネルギーが低い (安定性が高い) 場合に反応します。エネルギー差は、原子価結合理論、原子軌道理論、分子軌道理論を使用して予測できます。基本的に、それは電子の安定性に要約されます 軌道 .同等の軌道に電子がない不対電子は、他の原子の軌道と相互作用して化学結合を形成する可能性が最も高くなります。半分満たされた縮退軌道を持つ不対電子は、より安定していますが、それでも反応性があります。最も反応性の低い原子は、一連の軌道が満たされている原子です ( オクテット ）。
原子内の電子の安定性は、原子の反応性だけでなく、その原子価とそれが形成できる化学結合のタイプを決定します。たとえば、炭素は通常 4 の原子価を持ち、4 つの結合を形成します。これは、その基底状態の原子価電子配置が 2s で半分満たされているためです。22p2.反応性の簡単な説明は、電子の受容または供与が容易になると増加するということです。炭素の場合、原子は 4 つの電子を受け取ってその軌道を満たすか、または (それほど頻繁ではありませんが) 外側の 4 つの電子を供与することができます。このモデルは原子の挙動に基づいていますが、イオンと化合物にも同じ原理が適用されます。
反応性は、サンプルの物理的特性、化学的純度、および他の物質の存在によって影響を受けます。言い換えれば、反応性は、物質が表示されるコンテキストに依存します。たとえば、重曹と水は特に反応しませんが、 重曹とお酢は反応しやすい 炭酸ガスと酢酸ナトリウムを形成します。
粒子サイズは反応性に影響します。たとえば、コーンスターチの山は比較的不活性です。でんぷんに直火を当てると、燃焼反応が起こりにくくなります。ただし、コーンスターチが気化して粒子の雲ができると、 容易に発火する .
反応性という用語は、材料が反応する速さや化学反応の速度を表すためにも使用されることがあります。この定義の下では、反応の可能性と反応速度は速度法則によって互いに関連しています。
率 = k[A]
ここで、速度は反応の律速段階における 1 秒あたりのモル濃度の変化であり、k は反応定数 (濃度とは無関係) であり、[A] は反応次数に上げられた反応物のモル濃度の積です。 (これは、基本方程式の 1 つです)。式によると、化合物の反応性が高いほど、k とレートの値が高くなります。
安定性と反応性
反応性の低い種が「安定」と呼ばれることもありますが、文脈を明確にするように注意する必要があります。安定性は、ゆっくりとした放射性崩壊、または励起状態からよりエネルギーの低いレベルへの電子の遷移 (ルミネッセンスなど) を指す場合もあります。非反応性種は「不活性」と呼ばれることがあります。しかし、ほとんどの不活性種は実際には適切な条件下で反応して錯体や化合物を形成します (例えば、原子番号の大きい希ガス)。